(57)【要約】【課題】  高い回転精度が得られ、さらなる高速回転化にも対応可能なリーフ型フォイル軸受を提供する。【解決手段】  フォイル軸受１０は、円筒状の外方部材１１と、外方部材１１の内周に挿入された軸６と、外方部材１１の内周面１１ｂと軸６の外周面６ａとの間の円周方向の複数個所に配置されたリーフ１４とを備える。各リーフ１４の前端１４ａを含む領域が、軸受面１４ｃを有するトップフォイルＴｆを形成すると共に、各リーフ１４の後端１４ｂを含む領域が隣接するリーフのトップフォイルを背後から支持するバックフォイルＢｆを形成する。各リーフ１４の前端１４ａおよび後端１４ｂの何れか一方または双方を軸方向に対して傾斜させる。【選択図】図３
2013079719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の外方部材と、外方部材の内周に挿入された軸と、外方部材の内周面と軸の外周面との間の円周方向の複数個所に配置され、周方向に離隔する前端および後端を備え、前端が自由端になったリーフとを有し、各リーフの前端を含む領域が、軸受面を有するトップフォイル部を形成すると共に、各リーフの後端を含む領域が隣接するリーフのトップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を形成し、前記軸受面と対峙するラジアル軸受隙間に生じた流体膜で軸と外方部材の相対回転を支持するフォイル軸受において、
各リーフの前端および後端の何れか一方または双方を軸方向に対して傾斜させたことを特徴とするフォイル軸受。
【請求項２】
軸の外周面と外方部材の内周面との間に、複数のリーフを連結する連結部を備え、かつ複数のリーフと連結部を一体に有するフォイル部材を配置した請求項１に記載のフォイル軸受。
【請求項３】
フォイル部材が有端の円筒状をなし、フォイル部材の周方向の一端側を外方部材もしくは軸に取り付けると共に、他端を自由端とし、前記一端から他端に至るフォイル部材の周回方向を、各リーフの後端から前端に向う方向と逆向きにした請求項２に記載のフォイル軸受。
【請求項４】
半径方向で重なった第一フォイルおよび第二フォイルからなる二重フォイル部を備え、第一フォイルに第一リーフを形成すると共に、第二フォイルに第二リーフを形成し、第一リーフおよび第二リーフを第一フォイルおよび第二フォイルのそれぞれに設けた切り込みで形成し、第一リーフを、前記切り込みで形成した空間を介して隣接する第二リーフの間に挿入した請求項２または３に記載のフォイル軸受。
【請求項５】
フォイル部材が、複数の切り込みを有する帯状フォイルをローリングさせて形成され、帯状フォイルに、前記切り込みにより、連結部を構成する帯状部とリーフを構成する複数の舌片部とを形成した請求項２〜４何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項６】
帯状フォイルの切込みのうち、各舌片部と帯状部とを分断する切り込みの角部をアール形状にした請求項５に記載のフォイル軸受。
【請求項７】
外方部材と軸のどちらか一方を固定側の部材とし、他方を回転側の部材とし、固定側の部材とフォイル部材の摺動部、回転側の部材とフォイル部材の摺動部、およびフォイル部材同士の摺動部のうち、少なくとも二つの摺動部の摩擦係数を異ならせた請求項２〜６何れか１項に記載のフォイル軸受。
【請求項８】
全ての摺動部に被膜を介在させ、あるいは一部の摺動部だけに被膜を介在させた請求項７に記載のフォイル軸受。
【請求項９】
ロータの支持に請求項１〜８何れか１項に記載のフォイル軸受を使用したターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外方部材の内周面と軸の外周面との間に薄膜状のフォイル部材を介在させたフォイル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械（例えばガスタービンやターボチャージャ）の主軸は高速で回転駆動される。また、主軸に取り付けられたタービン翼は高温に晒される。そのため、これらの主軸を支持する軸受には、高温・高速回転といった過酷な環境に耐え得ることが要求される。この種の用途の軸受として、油潤滑の転がり軸受や油動圧軸受を使用する場合もあるが、潤滑油などの液体による潤滑が困難な場合、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難な場合、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる場合、等の条件下では、これらの軸受の使用は制約を受ける。そこで、そのような条件下での使用に適合する軸受として、空気動圧軸受が着目されている。
【０００３】
空気動圧軸受としては、回転側と固定側の双方の軸受面を剛体で構成したものが一般的である。しかしながら、この種の空気動圧軸受では、回転側と固定側の軸受面間に形成されるラジアル軸受隙間の管理が不十分であると、安定限界を超えた際にホワールと呼ばれる自励的な主軸の振れ回りを生じ易い。そのため、使用される回転速度に応じた隙間管理が重要となる。特に、ガスタービンやターボチャージャのように、温度変化の激しい環境では熱膨張の影響でラジアル軸受隙間の幅が変動するため、精度の良い隙間管理は極めて困難となる。
【０００４】
ホワールが生じにくく、かつ温度変化の大きい環境下でも隙間管理を容易にできる軸受としてフォイル軸受が知られている。フォイル軸受は、曲げに対して剛性の低い可撓性を有する薄膜（フォイル）で軸受面を構成し、軸受面のたわみを許容することで荷重を支持するものである。通常は、軸受の内周面をトップフォイルと呼ばれる薄板で構成し、その外径側にバックフォイルと呼ばれるばね状の部材を配置してトップフォイルが受ける荷重をバックフォイルで弾性的に支持している。この場合、軸の回転時には、軸の外周面とトップフォイルの内周面との間に空気膜が形成され、軸が非接触支持される。
【０００５】
フォイル軸受では、フォイルの可撓性により、軸の回転速度や荷重、周囲温度等の運転条件に応じた適切なラジアル軸受隙間が形成されるため、安定性に優れるという特徴があり、一般的な空気動圧軸受と比較して高速での使用が可能である。また、一般的な動圧軸受のラジアル軸受隙間は軸直径の１／１０００のオーダーで管理する必要があり、例えば直径数ｍｍ程度の軸では数μｍ程度のラジアル軸受隙間を常時確保する必要がある。従って、製造時の公差、さらには温度変化が激しい場合の熱膨張まで考慮すると、厳密な隙間管理は困難である。これに対して、フォイル軸受の場合には、数十μｍ程度のラジアル軸受隙間に管理すれば足り、その製造や隙間管理が容易となる利点を有する。
【０００６】
フォイル軸受としては、バックフォイルに設けた切り起こしでトップフォイルを弾性的に支持するもの（特許文献１）、素線を網状に編成した弾性体で軸受フォイルを弾性的に支持するもの（特許文献２）、および、バックフォイルに、外輪内面に接触し周方向に移動しない支持部とトップフォイルからの面圧により弾性的に撓む弾性部とを設けたもの（特許文献３）等が公知である。
【０００７】
フォイル軸受の一種として、バックフォイルを設けず、トップフォイルを周方向で分割してリーフフォイルを形成し、リーフフォイルをその一部を重ね合わせながら周方向の複数個所に設け、リーフフォイルの重なり合った部分でばね性を得るリーフ型と呼ばれるものも存在する。このリーフ型のフォイル軸受としては、固定軸受環を周方向で複数の円弧状環部材に分割し、各円弧状環部材の接合端部にフォイルの一端を溶接すると共に、フォイルにレイリーステップを屈曲形成したもの（特許文献４）、リーフをピエゾバイモルフで形成したもの（特許文献５）、リーフフォイルを線膨張率の異なる２種類の金属からなるバイメタルにより形成したもの（特許文献６）、等が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６４６４３公報
【特許文献２】特開２００３−２６２２２２号公報
【特許文献３】特開２００９−２９９７４８号公報
【特許文献４】特公平２−２０８５１号公報
【特許文献５】特開平４−５４３０９号公報
【特許文献６】特開２００２−２９５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のリーフ型のフォイル軸受では、リーフに形成された軸受面と軸の外周面との間のラジアル軸受隙間はリーフの前端側に向って徐々に縮小する。そのため、軸受隙間での流体圧力はリーフ前端側で高く、リーフ後端側で低くなる。そのため、円周方向では、高圧部と低圧部が交互に出現し、これが軸の回転精度に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、高い回転精度が得られ、さらなる高速回転化にも対応可能なリーフ型フォイル軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、円筒状の外方部材と、外方部材の内周に挿入された軸と、外方部材の内周面と軸の外周面との間の円周方向の複数個所に配置され、周方向に離隔する前端および後端を備え、前端が自由端になったリーフとを有し、各リーフの前端を含む領域が、軸受面を有するトップフォイル部を形成すると共に、各リーフの後端を含む領域が隣接するリーフのトップフォイル部を背後から支持するバックフォイル部を形成し、前記軸受面と対峙するラジアル軸受隙間に生じた流体膜で軸と外方部材の相対回転を支持するフォイル軸受において、各リーフの前端および後端の何れか一方または双方を軸方向に対して傾斜させたことを特徴とする。
【００１２】
このように各リーフの前端および後端の何れか一方または双方を軸方向に対して傾斜させれば、ラジアル軸受隙間に軸方向の圧力勾配を形成することができる。そのため、ラジアル軸受隙間における圧力分布を多様化し、軸をより安定して支持することが可能となる。
【００１３】
また、軸の外周面と外方部材の内周面との間に、複数のリーフを連結する連結部を備え、かつ複数のリーフと連結部を一体に有するフォイル部材を配置すれば、一枚の帯状フォイルから複数のリーフを有するフォイル部材を製作することができる。従って、従来のように個々のリーフを外方部材に取り付ける場合に比べ、部品の製作コストや組み立てコストを削減することができ、フォイル軸受の低コスト化を図ることができる。
【００１４】
フォイル部材を有端の円筒状とし、フォイル部材の周方向の一端側を外方部材もしくは軸に取り付けると共に、他端を自由端とし、前記一端から他端に至るフォイル部材の周回方向を、各リーフの後端から前端に向う方向と逆向きにすれば、軸および外方部材のうち、回転側の部材の回転にフォイル部材が引き込まれることがなく、回転側の部材へのフォイル部材の巻き付きを防止することができる。
【００１５】
以上の構成を有するフォイル軸受として、例えば半径方向で重なった第一フォイルおよび第二フォイルからなる二重フォイル部を備え、第一フォイルに第一リーフを形成すると共に、第二フォイルに第二リーフを形成し、第一リーフおよび第二リーフを第一フォイルおよび第二フォイルのそれぞれに設けた切り込みで形成し、第一リーフを、前記切り込みで形成した空間を介して隣接する第二リーフの間に挿入したものが考えられる。これにより、第一リーフと第二リーフを半径方向で部分的に重ねてトップフォイルとバックフォイルを形成することが可能となり、各リーフを一体化したフォイル軸受を効率的に製作することが可能となる。また、第一リーフと第二リーフを円周方向交互に配置し、バックフォイルで弾性的に支持されたトップフォイルを各リーフに形成することができる。
【００１６】
二重フォイル部は、一つのフォイル部材を軸周りに二回周回させることで形成することができる。この他、二つの円筒状のフォイル部材を半径方向に重ねて二重フォイル部を形成してもよい。また、一つのフォイル部材を折り返して二重に重ねてから、円筒状にローリングさせることにより、あるいは二つのフォイル部材を重ねてから円筒状にローリングさせることにより、二重フォイル部を構成してもよい。
【００１７】
フォイル部材は、複数の切り込みを有する帯状フォイルをローリングさせて形成することができる。帯状フォイルには、切り込みにより、連結部を構成する帯状部とリーフを構成する複数の舌片部とを形成する。帯状フォイルの切込みのうち、各舌片部と帯状部とを分断する切り込みの角部をアール形状にしておくことにより、低速回転時の軸との摺動で各リーフ（舌片部）に引張力が作用した際に、角部で生じる応力集中を軽減することができ、各リーフの引張強度を高めることができる。
【００１８】
外方部材と軸のどちらか一方を固定側の部材とし、他方を回転側の部材とし、固定側の部材とフォイル部材の摺動部、回転側の部材とフォイル部材の摺動部、およびフォイル部材同士の摺動部のうち、少なくとも二つの摺動部の摩擦係数を異ならせるのが好ましい。この場合、全ての摺動部に被膜を介在させ、あるいは一部の摺動部だけに被膜を介在させる。
【００１９】
固定側の部材とフォイル部材の間に摺動部を設けることで、軸受面の変形自由度が増し、振動の減衰効果を高めることができる。この場合、フォイル部材による振動の減衰効果を考えると、この摺動部では、ある程度摩擦係数を大きくするのが望ましい。この摺動部を構成する二つの面のうち、何れか一方または双方に第一被膜を形成すれば、被膜材料を適宜選択することにより、フォイル部材や固定側の部材の材質とは無関係に両者の摺動部で最適な摩擦力を得ることが可能となり、軸受設計の自由度が増す。
【００２０】
起動直後や停止直前の低速回転状態では、回転側の部材とフォイル部材の間に摺動部が構成される。この摺動部を構成する二つの面のうち、何れか一方または双方に、表面を低摩擦化する第二被膜を形成することにより、起動直後や停止直前の摩擦トルクを減じて低トルク化を図ることができる。また、軸受面を保護して摺接時における軸受面の摩耗を抑制することができる。
【００２１】
第一被膜と第二被膜は、摩擦係数の異なる材料で形成するのが望ましい。第一被膜および第二被膜としては、ＤＬＣ被膜、チタンアルミナイトライド被膜、二流化モリブデン被膜の何れかを選択することができる。ＤＬＣ被膜やチタンアルミナイトライド被膜は硬質被膜であるため、これらを使用すれば、低摩擦化に加えて、耐摩耗性の向上による軸受寿命の増大を図ることもできる。
【００２２】
以上に述べたフォイル軸受は、ターボ機械におけるロータの支持に使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ラジアル軸受隙間に軸方向の圧力勾配を形成することができる。そのため、軸の回転精度が向上し、さらなる高速回転化にも対応可能なフォイル軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】マイクロガスタービンの構成を概念的に示す図である。
【図２】上記マイクロガスタービンにおけるロータの支持構造を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるフォイル軸受の一実施形態を示す正面図である。
【図４】図１に示すフォイル軸受で使用されるフォイル部材の斜視図である。
【図５】（ａ）図は内径側から見たフォイル部材の平面展開図であり、（ｂ）図は（ａ）図の側面図である。
【図６】（ａ）図は切り込みを形成した帯状フォイルの平面図であり、（ｂ）図は、切り込み形成後に舌片部を折り曲げたフォイルの斜視図である。
【図７】（ａ）図は図３中の領域Ｘを拡大して示す断面図であり、（ｂ）図は図３中の領域Ｙを拡大して示す断面図である。
【図８】本発明にかかるフォイル軸受の他の実施形態を示す正面図である。
【図９】本発明にかかるフォイル軸受の他の実施形態を示す正面図である。
【図１０】図９に示すフォイル軸受で使用されるフォイルアセンブリの斜視図である。
【図１１】（ａ）図はフォイルアセンブリの第一フォイル部材を示す斜視図であり、（ｂ）図は第二フォイル部材を示す斜視図である。
【図１２】二重フォイル部の他の形成方法を示す平面図で、（ａ）図は切り込みを形成した帯状フォイル、（ｂ）図は折り畳み後の帯状フォイルを示す。
【図１３】二重フォイル部の他の形成方法を示す平面図で、（ａ）図は切り込みを形成した二つの帯状フォイル、（ｂ）図は互いに重ねた状態の帯状フォイルを示す。
【図１４】フォイル軸受の概略構成を示す正面図で、（ａ）図は摺動力Ｐの作用方向とフォイル部材の周回方向を同じ向きにした場合を、（ｂ）図は逆向きにした場合を示す。
【図１５】本発明にかかるフォイル軸受の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示すフォイル軸受で使用するフォイル部材の正面図である。
【図１７】図１６のフィル部材を形成するための帯状フォイルを示す平面図である。
【図１８】（ａ）図〜（ｇ）図は、帯状フォイルに形成した舌片部の他例を示す平面図である。
【図１９】（ａ）図は図１８（ｇ）に示す形態の舌片部を有する複列タイプの帯状フォイルの平面図であり、（ｂ）図はその部分拡大図である。
【図２０】（ａ）図は図１８（ｇ）に示す形態の舌片部を有する複列タイプの帯状フォイルの平面図であり、（ｂ）図はその部分拡大図である。
【図２１】（ａ）図は本発明にかかるフォイル軸受の他の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）図はこのフォイル軸受で使用するフォイルアセンブリの斜視図である。
【図２２】（ａ）図は本発明にかかるフォイル軸受の他の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）図はこのフォイル軸受で使用するフォイルアセンブリの斜視図である。
【図２３】過給機の構成を概念的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１に、ターボ機械の一例としてマイクロガスタービンと呼ばれるガスタービン装置の構成を概念的に示す。このマイクロガスタービンは、翼列を形成したタービン１および圧縮機２と、発電機３と、燃焼器４と、再生器５とを主に備える。タービン１、圧縮機２、および発電機３には、水平方向に延びる共通の軸６が設けられ、この軸６と、タービン１および圧縮機２とで一体回転可能のロータが構成される。吸気口７から吸入された空気は、圧縮機２で圧縮され、再生器５で加熱された上で燃焼器４に送り込まれる。この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温、高圧のガスでタービン１を回転させる。タービン１の回転力が軸６を介して発電機３に伝達され、発電機３が回転することにより発電し、この電力がインバータ８を介して出力される。タービン１を回転させた後のガスは比較的高温であるため、このガスを再生器５に送り込んで燃焼前の圧縮空気との間で熱交換を行うことで、燃焼後のガスの熱を再利用する。再生器５で熱交換を終えたガスは、排熱回収装置９を通ってから排ガスとして排出される。
【００２７】
図２に、上記マイクロガスタービンにおけるロータの支持構造の一例を示す。この支持構造では、軸方向の２箇所にラジアル軸受１０が配置され、軸６のフランジ部６ｂの軸方向両側にスラスト軸受２０、２０が配置される。このラジアル軸受１０およびスラスト軸受２０により、軸６がラジアル方向及び両スラスト方向に回転自在に支持されている。
【００２８】
この支持構造において、タービン１と圧縮機２の間の領域は、高温、高圧のガスで回転されるタービン１に隣接しているために高温雰囲気となる。この高温雰囲気では、潤滑油やグリース等からなる潤滑剤が変質・蒸発してしまうため、これらの潤滑剤を使用する通常の軸受（転がり軸受等）を適用することは難しい。そのため、この種の支持構造で使用される軸受１０、２０としては、空気動圧軸受、特にフォイル軸受が適合する。
【００２９】
以下、上記マイクロガスタービン用のラジアル軸受１０に適合するリーフ型のフォイル軸受１０の構成を図面に基づいて説明する。
【００３０】
このリーフ型フォイル軸受１０は、図３に示すように、図示しないハウジングの内周に固定される円筒状の外方部材１１と、外方部材１１の内周に挿入された軸６と、外方部材１１の内周面と軸６の外周面との間に介在させた円筒状のフォイル部材１３とで構成される。
【００３１】
フォイル部材１３は、有端円筒状の形態をなし、円周方向の複数個所に複数のリーフ１４を有する。フォイル部材１３の両端１３ｂ、１３ｃは、円周方向のほぼ同位置にあり、一端１３ｂは取り付け部１３ａを介して外方部材１１に取り付けられる。フォイル部材１３の他端１３ｃは自由端を構成する。
【００３２】
フォイル部材１３には、その略全周にわたって、フォイルを半径方向に二重に重ねた二重フォイル部Ｗが形成される。この実施形態のフォイル軸受では、図３および図４に示すように、フォイル部材１３を軸６の周囲で二回周回させることにより、一つのフォイル部材１３で二重フォイル部Ｗを形成している。二重フォイル部Ｗのうち、外側のフォイルＦ１（第一フォイル）を部分的に内径側に立ち上げることにより、第一リーフ１４１が形成され、内側のフォイルＦ２（第二フォイル）を部分的に内径側に立ち上げることにより、第二リーフ１４２が形成される。第一リーフ１４１および第二リーフ１４２は、円周方向で等ピッチに配置されている。
【００３３】
各リーフ１４は、周方向に離隔した前端１４ａと後端１４ｂとを有する。前端１４ａは、後端１４ｂよりも軸６の回転方向（図３の矢印方向）に先行した位置にある。各リーフ１４の前端１４ａは自由端を構成し、後端１４ｂは固定端を構成している。
【００３４】
各リーフ１４は、前端１４ａ側のトップフォイル部Ｔｆと、後端１４ｂ側のバックフォイル部Ｂｆとを有する。トップフォイル部Ｔｆは回転方向先行側に隣接する他のリーフ１４のバックフォイル部Ｂｆの上（内径側）に重なっており、このバックフォイル部Ｂｆによってトップフォイル部Ｔｆが弾性的に支持されている。トップフォイル部Ｔｆの内周面で軸受面１４ｃが形成され、この軸受面１４ｃと軸６の外周面６ａとの間に回転方向に縮小する楔状のラジアル軸受隙間Ｃが形成される。
【００３５】
フォイル部材１３は、ばね性に富み、かつ加工性のよい金属、例えば鋼材料や銅合金からなる厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の帯状フォイルで形成される。本実施形態のように流体膜として空気を用いる空気動圧軸受では、雰囲気に潤滑油が存在しないため、油による防錆効果は期待できない。鋼材料や銅合金の代表例として、炭素鋼や黄銅を挙げることができるが、一般的な炭素鋼では錆による腐食が発生し易く、黄銅では加工ひずみによる置き割れを生じることがある（黄銅中のＺｎの含有量が多いほどこの傾向が強まる）。そのため、帯状フォイルとしては、ステンレス鋼もしくは青銅製のものを使用するのが好ましい。
【００３６】
以下、図４に示すフォイル部材１３の製作手順を説明する。なお、以下の製作手順で述べる「軸方向」、「半径方向」、および「周方向」の用語は、製作後のフォイル部材１３を外方部材１１の内周に組み込んだ状態での軸方向、半径方向、および周方向を意味する。具体的には、素材である帯状フォイル３０の長辺に沿う方向が「周方向」となり、帯状フォイル３０を含む平面で長辺と直交する方向が「軸方向」となり、帯状フォイル３０の厚さ方向が「半径方向」となる。
【００３７】
図６（ａ）に示すように、上記に例示した金属からなる帯状フォイル３０を準備し、軸方向一方側の側縁部の複数個所に、ワイヤカット加工やプレス加工により適宜の間隔でＶ字型の切り込み３８を形成する。この切り込み３８は、軸方向に対して傾斜した傾斜切り込み３８ａと、各傾斜切り込み３８ａの終端につながり、かつ傾斜切り込み３８ａよりも幅広に形成された切欠き状の周方向切り込み３８ｂとからなる。傾斜切り込み３８ａは互いに平行とし、各傾斜切り込み３８ａと、これに連続する周方向切り込み３８ｂとの間の角度θは鋭角とする。この切り込み３８により、帯状フォイル３０に、周方向に延びる帯状部３６と、帯状部３６の軸方向一方側の複数個所に配列されたフラップ状の舌片部３４とが形成される。帯状部３６には、軸方向に僅かに突出した複数の接続部３７が周方向等ピッチに形成されており、この接続部３７により各舌片部３４が帯状部３６に一体に保持されている。各舌片部３４の周方向で対向する二辺のうち、周方向切り込み３８ｂの開口側に位置する辺が前端１４ａを構成し、その反対側の辺が後端１４ｂを構成する。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、各舌片部３４の前端側を傾斜切り込み３８ａと平行の折り曲げ線（図６（ａ）に破線で示す）で同じ方向に折り曲げる。その後、折り曲げた各舌片３４を半径方向の内側にして、帯状フォイル３０を図中の矢印で示す向きに湾曲させ、二重の渦巻き状にローリングさせる。二巻き目のフォイルをローリングさせる際には、一巻き目のフォイルの隣接する舌片部３４の間に二巻き目の舌片部３４を挿入する。この二巻き目の舌片部３４の挿入は、折り曲げにより舌片部３４間に形成された空間３５を介して行う。各舌片部３４を折り曲げ線で折り曲げたのは、一巻き目の舌片部３４間への二巻き目の舌片部３４の導入をスムーズに行うためであり、特に必要がなければ各舌片部３４の折り曲げ作業は省略することができる。
【００３９】
以上の手順により、図４に示すフォイル部材１３が製作される。図４では、理解の容易化のため、図６に示す帯状フォイル３０の各角部Ａ〜Ｎに対応する領域に、同じ符号Ａ〜Ｎを付している。このフォイル部材１３においては、二巻き目のフォイル部材１３が外径側の第一フォイルＦ１となり、第一フォイルＦ１に形成された各舌片部３４で第一リーフ１４１が構成される。また、一巻き目のフォイル部材１３が内径側の第二フォイルＦ２となり、第二フォイルＦ２に形成された各舌片部３４で第二リーフ１４２が形成される。第一リーフ１４１は、フォイル部材１３の両端部１３ｂ、１３ｃ付近を除き、第二フォイルＦ２の開口部３５を通って隣接する第二リーフ１４２の間に突出している。そのため、フォイル部材１３の両端部１３ｂ、１３ｃ付近を除き、第一リーフ１４１と第二リーフ１４２が円周方向交互に配置される。帯状フォイル３０の帯状部３６は連結部１５を構成し、この連結部１５により各リーフ１４が弾性変形可能に一体に保持される。
【００４０】
以上の手順で製作したフォイル部材１３は、外方部材１の内径側に配置した状態で、その一端１３ｂを外方部材１１に取り付けることにより、外方部材１１に固定される。例えば上述したフォイル部材１３の製作工程で、帯状フォイル３０の一端部に外径方向に起立する取り付け部１３ａ（図６（ａ）（ｂ）参照）を形成し、この取り付け部１３ａを外方部材１１の内周に形成した嵌合溝１１ａに嵌合固定することで、フォイル部材１３を外方部材１１に固定することができる。嵌合溝１１ａへの取り付け部１３ａの固定方法は任意で、接着や溶接で固定することもできる。その後、フォイル部材１３の内周に軸６を挿入することで、図３に示すフォイル軸受１０が得られる。
【００４１】
以上の構成において、楔状のラジアル軸受隙間Ｃの縮小方向に軸６を回転させると、各リーフ１４の軸受面１４ｃと軸６の外周面６ａとの間に空気膜が形成される。これにより、軸６の周囲の円周方向複数個所に楔状のラジアル軸受隙間Ｃが形成され、軸６がフォイル部材１３に対して非接触の状態でラジアル方向に回転自在に支持される。なお、実際のラジアル軸受隙間Ｃの幅は数十μｍ程度の微小なものであるが、図３ではその幅を誇張して描いている。また、フォイル部材１３が有する可撓性により、各リーフ１４の軸受面１４ｃが荷重や軸６の回転速度、周囲温度等の運転条件に応じて任意に変形するため、ラジアル軸受隙間Ｃは運転条件に応じた適切幅に自動調整される。そのため、高温・高速回転といった過酷な条件下でも、ラジアル軸受隙間を最適幅に管理することができ、軸６を安定して支持することが可能となる。
【００４２】
図５（ａ）に、フォイル軸受１０の内径側から見たフォイル部材１３の展開図を示し、図５（ｂ）に、図５（ａ）の展開図を図面下側（帯状部３６の軸方向反対側）から見た側面図を示す。両図において、第一フォイルＦ１は無模様で表され、第二フォイルＦ２は散点模様で表されている。図示のように、第一リーフ１４１および第二リーフ１４２の前端１４ａおよび後端１４ｂは、軸方向（図面上下方向）に対して傾斜した状態にある。傾斜方向は各リーフ１４１，１４２で同じであり、かつ各前端１４ａおよび後端１４ｂは全て平行になっている。第一フォイルＦ１および第二フォイルＦ２の各帯状部３６は半径方向で重なった状態にある。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、軸６の回転中は、ラジアル軸受隙間Ｃに生じる圧力で各リーフ１４のバックフォイル部Ｂｆが外方部材１１の内周面１１ｂに押し付けられる。この時、隣接するリーフ１４は、バックフォイル部Ｂｆの後端１４ｂに倣って変形するため、各リーフ１４が波形に変形し、各リーフ１４のトップフォイル部Ｔｆとバックフォイル部Ｂｆの境界部に半径方向（図面上下方向）の段差が形成される。この段差は後端１４ｂの形状に倣って軸方向に対して傾斜しているため、軸６の回転中のラジアル軸受隙間Ｃには、この段差に沿った傾斜方向の空気流が生じる。
【００４４】
このように各リーフ１４の前端１４ａを傾斜状態とすることで、回転中のラジアル軸受隙間Ｃにおける高圧部が各リーフ１４の前端１４ａに沿って形成される。これにより、周方向で楔状のラジアル軸受隙間Ｃに軸方向の圧力勾配を形成することができ、さらに前端１４ａ付近の高圧部を周方向に連続して分布させることができる。これにより、軸６の支持を安定化させることができる。これに対し、従来のように、各リーフ１４の前端１４ａを軸方向と平行に形成した場合、軸方向の圧力勾配は生じず、かつ高圧部の分布が周方向で間欠的となるため、軸６に振動等を生じ易く、さらなる高速回転化が困難となる。
【００４５】
また、各リーフ１４の後端１４ｂも同方向に傾斜させることで、上記のようにトップフォイルＴｆとバックフォイルＢｆ間の傾斜状境界部で傾斜方向の空気流を発生させることができる。図５（ａ）に示す形態の後端１４ｂおよびこれと鏡対称の後端を軸方向に並べ、かつこれらの後端を傾斜空気流が合流するような向きに配置すれば、ラジアル軸受隙間Ｃでの圧力を高めて負荷容量を向上させることができる。この効果は、軸受面１４ｃを複列にする他、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、軸受面１４ｃを単列にした場合でも得ることができる。
【００４６】
上記の構成においては、図５に示すように、隣接するリーフ１４のうち、回転方向前側のリーフ１４の最後端と、回転方向後側のリーフ１４の最前端とを、周方向の一部領域αでオーバーラップさせておけば、軸受面１４ｃの全周にわたって切れ目なく連続して高圧部を分布させることができるので、より一層軸６を安定的に支持することができる。
【００４７】
また、本発明にかかるフォイル軸受では、各リーフ１４を連結部１５で連結し、各リーフ１４と連結部１５をフォイル部材１３で一体形成しているので、フォイル部材１３は、一枚の帯状フォイル３０から製作することができる。また、フォイル部材１３の一カ所を外方部材１１に取り付けるだけでフォイル軸受１０を組み立てることができる。従って、従来のように個々のリーフを外方部材に取り付ける場合に比べ、部品の製作コストや組み立てコストを削減することができ、フォイル軸受の低コスト化を図ることができる。
【００４８】
さらに、第一リーフ１４１を、第二フォイルＦ２の開口部３５を通して隣接する第二リーフ１４２の間に導入しているので、各リーフ１４の前端１４ａ側を、回転方向先行側に隣接する他のリーフの後端１４ｂ側と半径方でオーバーラップさせ、トップフォイルＴｆの背後をバックフォイルＢｆで弾性的に支持することが可能となる。フォイル部材を一回だけ周回させ、その円周方向複数個所を切り起こしてリーフを形成するだけでは（図１１（ａ）もしくは図１１（ｂ）に示す形態に相当する）、リーフ１４同士のオーバーラップを形成することができず、フォイル軸受として機能させることができない。
【００４９】
フォイル軸受１０では、軸６の停止直前や起動直後の低速回転時に、各リーフ１４の軸受面１４ｃや軸６の外周面６ａに表面粗さ以上の厚さの空気膜を形成することが困難となる。そのため、各リーフ１４の軸受面１４ｃと軸６の外周面６ａとの間で金属接触を生じ、トルクの増大を招く。この時の摩擦力を減じてトルク低減を図るため、各軸受面１４ｃと、軸受面１４ｃと摺動する部材の表面（本実施形態では軸６の外周面６ａ）のどちらか一方または双方に、表面を低摩擦化する被膜１７（第二被膜）を形成するのが望ましい。一例として、図７（ａ）は各リーフ４の軸受面１４ｃに第二被膜１７を形成した場合を示している。この第二被膜１７としては、例えばＤＬＣ膜、チタンアルミナイトライド膜、あるいは二硫化モリブデン膜を使用することができる。ＤＬＣ膜、チタンやアルミナイトライド膜はＣＶＤやＰＶＤで形成することができ、二硫化モリブデン膜はスプレーで簡単に形成することができる。特にＤＬＣ膜やチタンアルミナイトライド膜は硬質であるので、これらで被膜を形成することにより、軸受面１４ｃの耐摩耗性をも向上させることができ、軸受寿命を増大させることができる。
【００５０】
また、軸受の運転中は、ラジアル軸受隙間に形成された空気膜の影響でフォイル部材１３が全体的に拡径して二重フォイル部Ｗの外側の第一フォイルＦ１が外方部材１の内周面１１ｂに押し付けられ、両者間で円周方向の微小摺動が生じる。図７（ｂ）に示すように、この摺動部、すなわち二重フォイル部Ｗの第一フォイルＦ１の外周面と、これに接触する外方部材１の内周面１１ｂとの何れか一方または双方に被膜１６（第一被膜）を形成することにより（図面では第一フォイルＦ１の外周面に第一被膜１６を形成した場合を例示する）、この摺動部での耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００５１】
なお、振動の減衰作用を向上させるためには、この摺動部である程度大きい摩擦力が必要となる場合もあり、第一被膜１６にはそれほど低摩擦性は要求されない。従って、第一被膜１６としては、二流化モリブデン膜よりも摩擦係数は大きいが耐摩耗性に優れるＤＬＣ膜やチタンアルミナイトライド膜を使用するのが好ましい。例えば軸受面１４ｃに形成する第二被膜１７として二流化モリブデン膜を使用する一方で、フォイル部材１３と外方部材１１の摺動部に形成する第一被膜１６としてチタンアルミナイトライドやＤＬＣ膜等を使用し、両被膜１６，１７の摩擦係数を異ならせることで、低トルク化と振動の減衰性の向上とを両立することが可能となる。
【００５２】
また、軸受の運転中は、フォイル部材１３同士（特にリーフ１４同士）が摺動するので、この摺動部を構成する二つの面の一方または双方に被膜を形成することで、軸受面の変形自由度が増し、振動の減衰効果を高めることができる。
【００５３】
以上に述べた三種類の摺動部（固定側の外方部材１１とフォイル部材１３の摺動部、回転側の軸６フォイル部材１３の摺動部、およびフォイル部材１３同士の摺動部）のうち、任意に選択した少なくとも二種類の摺動部の摩擦係数を異ならせることにより、フォイル軸受の諸特性（耐摩耗性、振動減衰性等）を使用条件に応じて最適化することが可能となる。異なる摩擦係数は、各摺動部に形成する被膜の種類を異ならせる他、一部の摺動部だけに被膜を形成して残りの摺動部では被膜を形成しないようにすることでも得ることができる。
【００５４】
以上の説明では、軸６を回転側部材とし、外方部材１１を固定側部材とした場合を例示したが、これとは逆に軸６を固定側部材とし、外方部材１１を回転側部材とした場合にも図３の構成をそのまま適用することもできる。但し、この場合はフォイル部材１３が回転側部材となるので、遠心力によるフォイル部材１３全体の変形を考慮してフォイル部材１３の設計を行う必要がある。
【００５５】
また、図３では、フォイル部材１３を外方部材１に固定した場合を例示したが、フォイル１３は軸６に固定することもできる。図８は、その一例で、フォイル部材１３の一端の取り付け部１３ａを内径側に突出させ、これを軸６に設けた嵌合溝６ｂに嵌合固定した場合を示す。取り付け部１３ａはこれ以外にも接着や溶接で軸６に固定してもよい。
【００５６】
図８に示す実施形態のフォイル軸受１０では、図３および図４に示す実施形態と同様に、一つのフォイル部材１３を二回周回させることで、二つのフォイルＦ１，Ｆ２を半径方向で重ねた二重フォイル部Ｗが形成される。二重フォイル部Ｗの外側の第一フォイルＦ１に設けた舌片部３４で前端１４ａを自由端とした第一リーフ１４１が形成され、内側の第二フォイルＦ２に設けた舌片部３４で前端１４ａを自由端とした第二リーフ１４２が形成される。
【００５７】
軸受面１４ｃは、各リーフ１４（第一リーフ１４１および第二リーフ１４２）の外周面に形成され、この軸受面１４ｃと外方部材１１の内周面１１ｂとの間に楔状のラジアル軸受隙間Ｃが形成される。軸受の運転中は、ラジアル軸受隙間Ｃに形成された空気膜の影響でフォイル部材１３が全体に縮径し、二重フォイル部Ｗの内側の第二フォイルＦ２が軸６の外周面６ａに押し付けられて両者間に円周方向の微小摺動が生じる。そのため、この摺動部を形成する第二フォイルＦ２の内周面および軸６の外周面６ａの何れか一方または双方に、図７（ｂ）に示す第一被膜１６を形成する。各軸受面１４ｃ、および軸受面１４ｃと摺動する外方部材１１の内周面１１ｂの何れか一方または双方に図７（ａ）に示す第二被膜１７を形成することもできる。
【００５８】
図８では外方部材１１を回転側としているが、外方部材１１を固定側としてもよい。但し、外方部材１１を固定側とすると、フォイル部材１３が回転側となるので、フォイル部材１３の設計時には遠心力による第一リーフ１４１や第二リーフ１４２の変形を考慮する必要がある。
【００５９】
以上に説明した各実施形態では、一枚のフォイル部材１３を軸周りに２回周回させることで二重フォイル部Ｗを形成しているが、二重フォイル部Ｗの形成方法は以上に限定されない。例えば図９〜図１１に示す実施形態のように、円筒状にローリングさせた二つのフォイル部材１３を同軸に嵌合させることで二重フォイル部Ｗを形成することもできる。以下、この構成を詳述する。
【００６０】
図９に示すリーフ型フォイル軸受１０では、外方部材１１の内周面１１ｂと軸６の外周面６ａとの間に、二つの円筒状のフォイル部材１３１，１３２からなるフォイルアセンブリが配置される。第一フォイル部材１３１および第２フォイル部材１３２は、図３および図４に示すフォイル部材１３と同様に、金属製の帯状フォイル３０への切り込み３８の形成（図６（ａ）参照）、舌片部３４の折り曲げ（同図（ｂ）参照）、および帯状フォイル３０のローリング、という一連の工程を経てそれぞれ製作される。両フォイル部材１３１、１３２は同一形状をなし、何れも一端に取り付け部１３ａが形成されている。帯状フォイル３０をローリングさせる際の巻数は一回とし、両端部１３ｂ，１３ｃを円周方向で略同位置に配置する。
【００６１】
以上の工程を経ることで図１１（ａ）に示す第一フォイル部材１３１、および図１１（ｂ）に示す第二フォイル部材１３２が得られる。第一フォイル部材１３１の舌片部３４が第一リーフ１４１を構成し、第二フォイル部材１３２の舌片部３４が第二リーフ１４２を構成する。また、両フォイル部材１３１，１３２において、帯状フォイル３０の帯状部３６により連結部１５が形成される。第一フォイル部材１３１は、各第一リーフ１４１と連結部１５を一体に備え、第二フォイル部材１３２は、各第二リーフ１４２と連結部１５を一体に備えている。
【００６２】
図１０に示すフォイルアセンブリは、第一フォイル部材１３１と第二フォイル部材１３２の間の円周方向位相を一方のフォイル部材のリーフピッチの１／２分だけずらせた状態で、第二フォイル部材１３２を第一フォイル部材１３１の内周に嵌合させることで製作される。この時、第一フォイル部材１３１の第一リーフ１４１を、第二フォイル部材１３２の開口部３５を通して隣接する第二リーフ１４２の間に導入することにより、第一リーフ１４１と第二リーフ１４２を円周方向交互に配置することができる。半径方向に重なり合った第一フォイル部材１３１および第二フォイル部材１３２で二重フォイル部Ｗが構成される。また、各リーフ１４の軸受面１４ｃを有する領域がトップフォイルＴｆとなり、それ以外の領域で隣接するリーフのトップフォイルＴｆと重なった領域がバックフォイルＢｆとなる。各リーフ１４の前端１４ａおよび後端１４ｂは、図３および図４に示す実施形態と同様に、軸方向に対して傾斜している。
【００６３】
このフォイルアセンブリは、例えば両フォイル部材１３１、１３２の各取り付け部１３ａを外方部材１１の内周に形成した嵌合溝１１ａに嵌合固定することにより、外方部材に取り付けられる。図９に示すように、互いに重ねた二つの取り付け部１３ａを共通の嵌合溝１１ａに固定する他、図示は省略するが、外方部材１１の内周に二つの嵌合溝１１ａを形成し、一方の嵌合溝１１ａに第一フォイル部材１３１の取り付け部１３ａを固定し、他方の嵌合溝１１ａに第二フォイル部材１３２の取り付け部１３ａを固定するようにしてもよい。
【００６４】
フォイルアセンブリの内周に挿入した軸６を楔状ラジアル軸受隙間Ｃの縮小方向に回転させると、各リーフ１４（第一リーフ１４１および第二リーフ１４２）の軸受面１４ｃと軸６の外周面６ａとの間に空気膜が形成され、軸６の周囲の円周方向複数個所に楔状のラジアル軸受隙間Ｃが形成される。このように、軸６を回転側部材とし、外方部材１１を固定側部材とする他、これとは逆に軸６を固定側部材とし、外方部材１１を回転側部材としてもよい。また、図８に示す実施形態と同様に、フォイルアセンブリを軸６に取り付けてもよい。
【００６５】
このリーフ型フォイル軸受は、二つのフォイル部材１３１、１３２を製作し、それぞれの一カ所を外方部材１１に取り付けるだけで組み立てることができるので、従来のように個々のリーフを外方部材に取り付ける場合に比べ、部品の製作コストや組み立てコストを削減することができ、フォイル軸受の低コスト化を図ることができる。その他の作用効果も図３および図４に示す実施形態と共通する。
【００６６】
二重フォイル部Ｗの他の形成方法を図１２（ａ）（ｂ）および図１３（ａ）（ｂ）に示す。
【００６７】
このうち、図１２（ａ）（ｂ）は、一枚の帯状フォイル３０を折り畳んで二重に重ね、その後ローリングさせて円筒状にすることで、二重フォイル部Ｗを有するフォイル部材１３を形成するものである。帯状フォイル３０は、図１２（ａ）に示すように、二重フォイル部Ｗの第一フォイルＦ１を構成する第一部３０１（無模様で表す）と、第二フォイルＦ２を構成する第二部３０２（散点模様で表す）とで構成される。第一部３０１と第二部３０２は周方向に並んでいて、両部３０１，３０２は一体形成されている。第一部３０１および第二部３０２には、それぞれ傾斜切り込み３８ａおよび周方向切り込み３８ｂを形成することで舌片部３４１，３４２が形成される。第一部３０１の傾斜切り込み３８ａと第二部３０２の傾斜切り込み３８ａとは傾斜方向が逆向きになっている。そのために第一部３０１の舌片部３４１と第二部３０２の舌片部３４２とでは、前端１４ａの傾斜方向が逆向きとなっており、後端１４ｂの傾斜方向も逆向きになっている。
【００６８】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、帯状フォイル３０を第一部３０１と第二部３０２の境界線で折り曲げて二重に重ねる。この折り曲げにより、第一部３０１の舌片部３４１の前端１４ａと第二部３０２の舌片部３４２の前端１４ａとが平行となり、同様に舌片部３４１の後端１４ｂと舌片部３４２の後端１４ｂも平行となる。その後、第一部３０１の舌片部３４１を第二部３０２の隣接する舌片部３４２の間に挿入する。これにより、第一部３０１の舌片部３４１と第二部３０２の舌片部３４２とが交互に配列される。その後、この帯状部材３０を、第一部３０１が外径側となるように円筒状にローリングさせることで、二重フォイル部Ｗを有するフォイル部材１３が得られる。
【００６９】
この場合、第一部３０１の舌片部３４１が第一リーフ１４１を構成すると共に、第二部３０２の舌片部３４２が第二リーフ１４２を構成し、かつ各リーフ１４１，１４２の前端１４ａおよび後端（図示せず）が軸方向に対して傾斜した状態となるので、上記各実施形態と同様の効果が得られる。図１２（ａ）（ｂ）では、リーフ１４の総数を奇数とし、第一部３０１と第二部３０２のどちらか一方に奇数の舌片部を設け、他方に偶数の舌片部を設けた場合を例示しているが、リーフ１４の総数は偶数でもよい。この場合、第一部３０１と第二部３０２には同数の舌片部が設けられる。
【００７０】
図１３（ａ）（ｂ）は、図１２（ａ）（ｂ）に示す帯状フォイル３０の第一部３０１および第二部３０２を別部材３０１，３０２として製作し、二つの帯状フォイル３０１，３０２を重ねてから円筒状にローリングさせることで、二つのフォイル部材１３１，１３２からなる二重フォイル部Ｗを形成する方法である。その他の構成および作用効果は図１２（ａ）（ｂ）に示す実施形態と共通するので、重複説明を省略する。
【００７１】
以上に述べた各実施形態のフォイル軸受では、図１４（ａ）（ｂ）に概略図示するように、各リーフ１４は、起動時や停止持の回転側の部材（図面では軸部材６）との摺動により、リーフ１４の後端１４ｂからリーフ前端１４ａに向う方向の摺動力Ｐを受ける。なお、図１４（ａ）（ｂ）は、理解の容易化を図るため、フォイル部材１３を１回だけ周回させた場合を示している。
【００７２】
本発明のように、各リーフ１４と連結部１５が一体となった構成では、各リーフ１４に作用する摺動力Ｐが同じフォイル部材１３に作用する。この場合、図１４（ａ）に示すように、フォイル部材１３の取り付け側の一端１３ｂから自由端となる他端１３ｃに向う周回方向Ｑが摺動力Ｐの作用方向と同方向であると、フォイル部材１３が軸６の回転に巻き込まれ、軸受の使用条件や設計条件によっては、軸６の外周面６ａにフォイル部材１３が巻き付くおそれがある。
【００７３】
これに対し、図１４（ｂ）に示すように、フォイル部材１３の周回方向Ｑが摺動力Ｐの作用方向と逆向きであれば、フォイル部材１３が軸の回転に巻き込まれることはなく、軸６の外周面６ａへの巻きつきを防止することができる。そのため、各リーフ１４の後端１４ｂから前端１４ａに向う方向Ｐと、フォイル部材１３の一端１３ｂから他端１３ｃに向う周回方向Ｑとは逆向きに形成するのが望ましい。
【００７４】
図１５および図１６に、軸受面１４ｃを軸方向の二箇所に形成した複列タイプのフォイル軸受を示す。この複列タイプのフォイル軸受においては、図１７に示すように、帯状フォイル３０部の軸方向両側に傾斜切り込み３８ａおよび周方向切り込み３８ｂを形成することで、帯状部３６の軸方向両側に舌片部３４を形成する。この帯状フォイル３０を図６（ａ）に示す帯状フォイル３０と同様の手順でローリングさせて円筒状に形成し、外方部材１１の内周に取り付けることで、図１５に示すように、軸方向両側に第一リーフ１４１および第二リーフ１４２からなるリーフ列を軸方向両側に配置することで、複列の軸受面１４ｃを構成したフォイル軸受が得られる。
【００７５】
この複列のフォイル軸受は、複列の軸受面１４ｃを有するために、一つの軸受でモーメント荷重を支持することができる。この場合、一つの軸受１０でモーメント荷重を支持することができるため、分離した軸受でモーメント荷重を支持する場合に比べ、部品点数を削減することができる。また、一つの軸受内に二つの軸受面１４ｃがあるため、互いの中心がずれにくく、軸６の回転精度を向上させることができる。
【００７６】
また、図１５に示すように、軸方向両側の各リーフ１４の前端１４ａを、軸方向中央側ほど回転方向に先行するように傾斜させた場合、軸６の回転中はトップフォイルＴｆとバックフォイルＢｆの間の傾斜状境界部にガイドされて軸方向中央側に向けて空気流が生じる。そのため、軸受の軸方向両側からの空気の逃げを防止することができ、ラジアル軸受隙間Ｃで生じる圧力を高めて負荷容量を向上させることができる。
【００７７】
以上の説明では、複列タイプのフォイル軸受として、図４に示すように一枚のフォイル部材１３を軸周りに二回周回させることで二重フォイル部Ｗを形成する場合を例示したが、二重フォイル部Ｗの形成方法は任意であり、図９〜図１１（ａ）（ｂ）に示す実施形態、図１２（ａ）（ｂ）に示す実施形態、あるいは図１３（ａ）（ｂ）に示す実施形態で用いる帯状フォイルを図１７に示す帯状フォイル３０に準じた形状に置き換えて、各実施形態の製作手順を経ることでも複列型のフォイル軸受を製作することができる。
【００７８】
図１７に示す複列型のフォイル軸受用の帯状フォイル３０における各舌片部３４の他の形状例を図１８（ａ）〜（ｇ）に示す。
【００７９】
このうち、図１８（ａ）は、各舌片部３４の周方向長さを、軸方向中央部側よりも軸受両端側で短くしたものである。一般に舌片部３４では、舌片部の周方向幅が小さいほど舌片部３４の剛性が高まるため、舌片部の周方向長さを変化させれば、各舌片部３４に軸方向の剛性差を形成することができる。図１８（ａ）に示す構成であれば、各舌片部３４の軸方向両端側が高剛性化される。この場合、高剛性部分では軸受面１４ｃの変形が生じにくくなるため、軸方向の支持スパンを拡大することができ、特に軸６がコニカルに振れ回るような事態を抑制することができる。
【００８０】
図１８（ｂ）は、舌片部３４の軸方向両側に返し３４４を設けたものである。前述のように、軸６の回転中はラジアル軸受隙間Ｃに傾斜方向の空気流が発生するが、このように返し３４４を設けることで、軸受外部に逃げる空気流を少なくすることができ、ラジアル軸受隙間Ｃで生じる圧力を高めて軸受の負荷容量を増大させることができる。
【００８１】
図１８（ｃ）は、各舌片部３４の後端１４ｂの一箇所もしくは複数個所にスリット３４５を形成したものである。これにより、各リーフ１４のバックフォイルＢｆとなる部分のばね性を軸方向で変化させて、軸方向でバックフォイルＢｆのばね性に勾配をつけることができる。これにより、軸受設計の多様化が図られる。特に軸受端でのばね性を強化する（スリット３４５からフォイル端までの軸方向距離を大きくする）ことで、軸６がコニカルに振れ回る事態を抑制することができる。
【００８２】
図１８（ｄ）は、各舌片部３４の前端１４ａを、凹凸を有する非直線形状としたものである。これにより、前端１４ａ付近でフォイルが重なり合う周方向長さを変化させることができ、各リーフ１４の前端１４ａの高さを調整することが可能となる。そのため、軸受面１４ｃにおける周方向の勾配を調節して軸受設計の多様化を図ることができる。
【００８３】
図１８（ｅ）は、各舌片部３４の前端１４ａおよび後端１４ｂをスパイラル状に形成したものである。これにより、ラジアル軸受隙間Ｃで生じる傾斜方向の空気流の流量を増大させ、高圧部での圧力を高めて負荷容量を増大させることができる。
【００８４】
図１８（ｆ）は、各舌片部３４の前端１４ａをジグザグに形成したものである。これにより、前端１４ａよりも後方の空間で二次流れを積極的に形成することが可能となり、負荷容量を増大させることができる。この効果は、後端１４ｂの形状とは無関係に、少なくとも前端１４ａをジグザグに形成することで得ることができる。そのため、帯状フォイル３０に形成した切り込み３８ａで前端１４ａと後端１４ｂを分離することに関係して、後端１４ｂが前端１４ａと対応したジグザグ状に形成されていても構わない。
【００８５】
図１８（ｇ）は、各舌片部３４の前端１４ａおよび後端１４ｂをヘリングボーン形状にしたものである。この場合、軸６の回転中に気流が各舌片部３４の屈曲部分に集まるため、軸方向に離隔した二箇所に高圧部Ｐが形成される。そのため、特に軸６がコニカルに振れ回る事態を抑制することができる。
【００８６】
なお、以上の図１８（ａ）〜（ｇ）に関連する説明では、複列タイプのフォイル軸受で使用する帯状フォイル３０を例示しているが、特に問題なければ、図３および図４等に示す実施形態のような単列タイプのフォイル軸受１０で使用する帯状フォイル３０についても、各舌片部３４を図１８（ａ）〜（ｇ）と同じ形状に形成することができる。
【００８７】
図１９（ａ）は、図１８（ｇ）に示す形態の舌片部３４を有する複列タイプの帯状フォイル３０の平面図であり、同図（ｂ）はその部分拡大図である。図１９（ａ）（ｂ）に示すように、帯状フォイル３０の舌片部３４と帯状部３６とを分断する周方向切り込み３８ｂは、互いに平行な第一端縁３８１および第二端縁３８２と、この二つの端縁３８１，３８２を接続する第三端縁３８３とで構成されている。ここで第一端縁３８１は帯状部３６の端縁であり、第二端縁３８２は舌片部３４の端縁であり、第三端縁３８３は接続部３７の端縁である。
【００８８】
上記のとおりフォイル軸受の高速回転中は、軸６と各リーフ１４との間に空気膜が形成されていて両者は非接触状態となる。その一方で、起動時や停止時の低速回転中は、フォイル部材１３の各リーフ１４が軸６の外周面と摺動し、各リーフ１４に軸６の回転方向に向けて引張力が作用する。図１９（ｂ）に示すように、第二端縁３８２と第三端縁３８３の間の角部３８５、および第一端縁３８１と第三端縁３８３の間の角部３８６がエッジになっていると、引張力による応力集中が生じやすく、フォイル部材１３が破損する要因となる。この応力集中は、傾斜切り込み３８ａの終端と、これにつながる周方向切り込み３８ｂの第一端縁３８１との間の角部３８７でも同様に問題となる。
【００８９】
この対策として、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、各角部３８５，３８６，３８７をアール形状に形成するのが望ましい。これにより、各角部３８５，３８６，３８７で生じる応力集中を軽減して各舌片部３４（リーフ１４）の引張強度を高めることができ、フォイル部材１３の耐久性を向上させることができる。各角部３８５，３８６，３８７の全てをアール形状にする他、特に応力集中を生じやすい鋭角の角部３８６だけをアール形状にし、他の角部３８５，３８７はエッジにすることもできる。
【００９０】
なお、以上に説明した応力集中対策としての周方向切り込み３８ｂのアール形状は、図６、図１２（ａ）、図１３（ａ）（ｂ）、図１７、および図１８（ａ）〜（ｆ）に示す帯状フォイル３０の各実施形態にも適用することが可能である。
【００９１】
以上の説明では、複数のリーフ１４を連結部１５で連結することで一体化し、一つのフォイル部材１３で複数のリーフ１４を形成する場合を説明したが、図２１（ａ）（ｂ）および図２２（ａ）（ｂ）に示すように、各リーフ１４をそれぞれ独立したフォイル部材１３で形成する場合にも本発明を適用することができる。この場合、各フォイル部材１３の後端１４ｂにそれぞれを外方部材１１に取り付けるための取り付け部１３ａが形成される。各フォイル部材１３の取り付け部１３ａを外方部材１１に固定することで、円周方向の複数個所にリーフ１４が形成される。
【００９２】
この実施形態においても、各リーフ１４の前端１４ａを軸方向に対して傾斜させることで、ラジアル軸受隙間Ｃに軸方向の圧力勾配を発生させ、さらにラジアル軸受隙間Ｃの高圧部を円周方向で連続して分布させて、軸６の回転の安定化を図ることができる。また、後端１４ｂも同様に傾斜させることで、トップフォイルＴｆとバックフォイルＢｆの境界部に傾斜状の段部を形成し、この段部に沿って傾斜空気流が流れるように構成することもできる。
【００９３】
図２１（ａ）（ｂ）では、前端１４ａおよび後端１４ｂの傾斜方向を一方向に限定することで、圧力勾配を当該方向に高めるようにしている。これに対し、図２２（ａ）（ｂ）は、傾斜方向を逆にした二種類の傾斜部分１４ａ１，１４ａ２で前端１４ａをＶ字状に形成し、同様に後端１４ｂを傾斜方向を逆にした二種類の傾斜部分１４ｂ１，１４ｂ２でＶ字状に形成した場合を例示している。これにより、軸受面１４ｃの軸方向中央部に向けて圧力が高くなる圧力勾配を形成することができる。また、後端１４ｂの形状に沿ったトップフォイルＴｆとバックフォイルＢｆの境界部で生じる傾斜空気流が軸受面１４ｃの軸方向中央部分で合流するため、負荷容量を高めることができる。図２２（ａ）（ｂ）に示すＶ字状の前端１４ａおよび後端１４ｂは、図３、図８、図１０、図１２、および図１５に示す各実施形態のフォイル部材１３，１３１，１３２にも同様に適用することができる。
【００９４】
本発明にかかるフォイル軸受１０の適用対象は、上述したマイクロガスタービンに限られず、他のターボ機械、例えば過給機のロータを支持する軸受としても使用することができる。過給機は、図２３に示すように、エンジン５３で生じた排気ガスでタービン５１を駆動し、その駆動力で圧縮機５２を回転させて吸入エアを圧縮し、エンジン５３のトルクアップや効率改善を図るものである。タービン５１、圧縮機５２、および軸６でロータが構成され、軸６を支持するラジアル軸受１０として、上記各実施形態のフォイル軸受１０を使用することができる。
【００９５】
本発明にかかるフォイル軸受は、マイクロタービンや過給機に限らず、潤滑油などの液体による潤滑が困難である、エネルギー効率の観点から潤滑油循環系の補機を別途設けることが困難である、あるいは液体のせん断による抵抗が問題になる等の制限下で使用される自動車等の車両用軸受、さらには産業機器用の軸受として広く使用することが可能である。
【００９６】
本発明は、以上に述べた実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、以上の説明では、各リーフ１４の前端１４ａと後端１４ｂの双方を軸方向に対して傾斜させた場合を例示したが、前端１４ａと後端１４ｂのうち、どちらか一方だけを傾斜させて他方を軸方向と平行に形成しても構わない。また、全てのリーフ１４および連結部１５を一枚のフォイル部材１３で形成した場合を例示したが、必ずしも全てのリーフ１４を一枚のフォイル部材１３で製作する必要はない。例えば、２つのリーフ１４とこれらを連結する連結部１５を一枚のフォイル部材１３で形成し、複数のフォイル部材１３を周方向につないで円筒形にすることで、各リーフ１４を形成するようにしてもよい。
【００９７】
また、以上に説明した各フォイル軸受は、圧力発生流体として空気を使用した空気動圧軸受であるが、これに限らず圧力発生流体として潤滑油を使用した油動圧軸受としても使用することができる。さらに、軸６と外方部材１１のどちらか一方を回転側の部材、他方を固定側の部材として用いる場合を例示したが、双方の部材を、速度差を持つ回転側の部材として使用することもできる。
【符号の説明】
【００９８】
６        軸
６ａ      外周面
１０      フォイル軸受
１１      外方部材
１１ａ    嵌合溝
１１ｂ    内周面
１３      フォイル部材
１３ａ    取り付け部
１３ｂ    一端
１３ｃ    他端
１４      リーフ
１４ａ    前端
１４ｂ    後端
１４ｃ    軸受面
１５      連結部
１６      第一被膜
１７      第二被膜
３０      帯状フォイル
３４      舌片部
３６      帯状部
３７      接続部
３８      切り込み
３８ａ    傾斜切り込み
３８ｂ    周方向切り込み
１３１    フォイル部材
１３２    フォイル部材
３８５，３８６，３８７  角部
Ｆ１      第一フォイル
Ｆ２      第二フォイル
１４１    第一リーフ
１４２    第二リーフ
Ｔｆ      トップフォイル
Ｂｆ      バックフォイル
Ｃ        ラジアル軸受隙間
Ｐ        摺動力
Ｑ        周回方向
Ｗ        二重フォイル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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